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            辦公大樓框架結構的加固設計
            來源:    點擊次數:1203    發布時間: 2011-04-18
            一、工程實例
            某辦公大樓主體為鋼筋混凝土框架結構,建筑面積約6000 m2。該建筑分為3個區塊,如圖1所示。各個區塊工程概況見表1。該建筑原為辦公樓,現擬對其進行改造,1~3層改造為商場,3層以上改造為賓館。
            為詳細了解建筑物現有的工程質量,改造前業主委托相關檢測單位對該建筑主體結構進行全面的檢測鑒定,內容包括結構變形、結構可視部分裂縫查看、混凝土強度及鋼筋銹蝕檢測、節點連接檢查等。檢測結果表明,除Ⅲ區塊局部混凝土抗壓強度未達到原設計強度等級外,其余均滿足原結構設計要求。通過傾斜檢測,辦公樓的傾斜率較小,在《民用建筑可靠性鑒定標準(GB 50292-1999)》所要求的范圍以內。另外,主體結構可視部分的裂縫也主要出現在填充墻上,梁、板、柱等主要受力構件未發現受力裂縫。對基礎也進行了相應的質量檢測,結果在正常范圍以內。由于該建筑分別建于20世紀70年代和90年代,使用功能也有所改變,不能滿足現行規范的要求。因此為了確保安全使用,滿足使用功能要求,必須對該樓進行全面加固改造。
            二、加固改造
            (一)結構加固設計原則
            加固改造方案除了要考慮建筑物實際情況,還要符合加固設計規范的要求,使加固后的建筑物滿足使用要求及抗震構造要求。加固改造后使得建筑物使用年限延長,同時要考慮加固改造的工作量,節約造價。
            (二)結構加固改造方案
            1.框架梁、柱加固
            Ⅰ、Ⅱ區塊的建筑物設計建造于20世紀70 年代,為當地首個多層框架結構的辦公樓。據了解,當時設計及施工都極為慎重,特別是施工過程中對建筑材料的要求達到了苛刻的地步,這一點可以從結構檢測結果中表明。
            Ⅰ區塊柱網尺寸:開間為3m,進深為6m、5.3 m,中柱截面尺寸為300mm×600 mm,邊柱截面尺寸為300 mm×500 mm,框架梁截面尺寸為250 mm ×550 mm。經結構計算復核表明原有框架梁、柱基本滿足改造后使用荷載的要求,僅需對原有結構進行抗震及耐久性的處理。設計中考慮了兩種方案:(1)碳纖維加固法;(2)粘貼鋼板加固法。這兩種加固方法均適用于一般情況下的受彎、受拉構件。由于受柱子截面尺寸等條件的限制,最后經比較,Ⅰ區塊框架梁、柱加固擬采用碳纖維加固方式。同時,充分利用碳纖維加固法的施工工藝要求,在原有混凝土結構表面涂刷環氧樹脂膠,將碳纖維織物緊密粘著于混凝土結構表面,使二者成為一個新的整體,共同受力。已加固的碳纖維布如在陽光的直接照射下粘結劑易老化,影響其結構強度和使用壽命,故需在碳纖維外側再增設粉刷保護層。粉刷保護層施工需待樹脂硬化后進行,此時可先刷一層膠并噴灑細砂,以增加其附著力。這樣不僅完成了梁、柱的加固,還能在一定程度上提高結構抗震性能并滿足耐久性的要求。
            Ⅱ區塊為10. 5m的單跨結構,開間為4. 2~6m不等,框架柱截面尺寸為350 mm×500 mm,框架梁截面尺寸為300 mm×870 mm。經結構計算復核表明原有框架柱基本滿足改造后使用荷載的要求,框架梁配筋不足。因此,不僅需對原有結構進行抗震及耐久性的處理,還要對框架梁的承載力進行加固?蚣苤圆捎锰祭w維加固方式處理,加固時,使碳纖維布以環向圍束方式纏繞在柱上,這樣能較好地提高抗震性能?蚣芰旱募庸谭绞綇氖┕すに、施工工期及造價等綜合考慮,最后確定采用體外預應力進行加固,采用D15. 24低松弛鋼絞線。在完成框架梁、柱的加固后,為保證其具有較好的耐久性,可在表面涂刷一層環氧樹脂膠,并噴灑細砂,最后完成粉刷。
            Ⅲ區塊中框架柱截面尺寸為300mm×350mm、350 mm×350 mm, 框架梁截面尺寸為250 mm ×450 mm、250 mm ×570 mm。經結構計算復核表明原有框架梁、柱均不能滿足改造后使用荷載的要求,因此需對原有梁、柱進行全面加固?蚣苤庸炭紤]了加大截面法和粘鋼法,由于加大截面法具有造價低、耐久性好等優點,但自重會有所增加,且施工工期較長。而后者的優缺點正好與前者相反?紤]到Ⅲ區塊柱子加固范圍較大,而且不沿街,具有一定的施工場點等條件,最后確定采用加大截面法加固?蚣芰杭庸虅t考慮了加大截面法、碳纖維加固法及體外預應力法,由于原有建筑層高僅為3. 3 m,因此加大截面法首先被排除了。另外,Ⅲ區塊結構均為單跨框架結構,原設計梁高不足,復核計算后,梁的撓度比較大,這樣體外預應力加固成為首選。對于耐久性處理,仍采用了Ⅰ、Ⅱ區塊的相同處理方法。
            2.樓板加固
            由于大樓改造后樓地面裝飾均采用拋光磚或石材地面,改造后功能也從辦公用房改為商場,因此設計恒載、活載均有所增加。原設計樓板均為預制多孔板,受力及耐久性均不能滿足要求,需對樓板進行加固處理。在確定樓板的加固方案時,從造價、耐久性等方面綜合考慮,采用以下加固方法:將板兩側的兩個圓孔從頂部各開一條槽,在孔底和板面各放置φ12縱向主筋一根,并在板面布設φ6、間距為150 mm 的雙向鋼筋網。最后用C25細石混凝土將兩側的圓孔澆搗密實,并將板面加厚50 mm,同時要求隨搗隨抹平,代替裝飾面層的找平層,使加固后的多孔板,有效高度不小于120 mm,加固后的多孔板相當于帶肋的槽形板。另外,在梁面處附加板面筋,板端處混凝土澆搗要求密實,使單跨板變為連續板,利用板面負筋承受負彎矩的同時,可減小跨中彎矩。加固說明還要求處理好新舊混凝土結構面。
            3.地基基礎加固
            該建筑物Ⅰ、Ⅱ區塊使用近30年,Ⅲ區塊也使用10年以上,且均為樁基礎,地基沉降早已穩定,結合《建筑抗震鑒定標準( GB 50023-95 ) 》和以往經驗,樁基礎持力層在長期壓縮和固結作用下承載力可提高20%左右。在設計過程中充分利用這一潛力,盡可能使荷載增加控制在20%以內,這樣基礎可不進行加固處理。
            (三)加固設計
            1.加固計算
            建筑整體計算采用中國建科院開發的多高層建筑結構空間有限元分析與設計軟件SATWE。該地區抗震設防烈度為6度,設計基本加速度值為0. 05 g,各區塊建筑物高度均小于30 m,根據《建筑抗震設計規范(GB 50011-2001) 》中的要求,框架抗震等級為四級。商場部分均布活荷載取為3.5 kN /m2 ,屋面停車場均布活荷載取為4.0kN/m2,賓館均布活荷載取為2.0kN/m2。
            Ⅰ、Ⅱ區塊混凝土實測抗壓強度等級為C30~C40,計算時按C30 取值。Ⅲ區塊混凝土實測抗壓強度等級為C20,加大截面處混凝土等級采用C30,計算時按C25取值。
            2.加固構造措施
            為滿足抗震規范要求,框架的加固構造處理是工程的難點之一。原柱箍筋肢距偏大,且直徑偏小,外圍增加封閉箍筋。由于框架梁采用體外預應力加固,因此梁柱節點處理成為關鍵。
            多孔板加固施工時,應先在板底將板支撐好,然后開槽、布筋和澆搗混凝土。新布設的縱筋要墊起5~10 mm;炷翝矒v后,必須加強養護,在達到規定強度后,方可拆除支撐,板底如有裂縫可用環氧樹脂進行封閉。

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